thiet ke che tao mach gara oto

Để góp một phần nhỏ của mình trong công cuộc chạy đua với các sản phẩm về lĩnh vực điện tử, sau một thời gian được học tập và nghiên cứu tại khoa dưới sự dạy bảo tận tình của các thầy cô

PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, dưới sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của khoa học công nghệ đã có rất nhiều những sản phẩm mới, những công nghệ hiện đại được Để có được những thành tựu

đó chúng ta không thể không phủ nhận vai trò quan trọng của ngành kỹ thuật ĐIỆN-ĐIỆN

TỬ được phát triển dựa trên những tiến bộ của ngành vật liệu điện tử và máy tính điện tử.

Trong thực tế hiện nay, con người đã chế tạo ra tất nhiều sản phẩm hữu ích và tiện lợi

giúp cho những việc làm của họ trở lên đơn giản hơn Để góp một phần nhỏ của mình trong

công cuộc chạy đua với các sản phẩm về lĩnh vực điện tử, sau một thời gian được học tập

và nghiên cứu tại khoa dưới sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong khoa và đặc biệt là sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy Hoàng Hải Hưng nhóm chúng em đã “Thiết kế và chế tạo

mô hình của gara ô tô”.

Đây là một đề tài có tính ứng dụng rất cao trong thực tiễn và có tính hiệu quả Vì vậy với

sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo và sự nỗ lực không ngừng của bản thân cùng với các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án Do kiến thức còn hạn chế nên còn rất nhiều thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy

cô giáo để chỉnh sửa và bổ sung sao cho hoàn thiện nhất và phát triển đề tài lên mức cao

hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Bá Tuấn Đạt

Vũ Văn Đại

Mục lục

Phần 1:Cơ sở lý thuyết của đề tài

1.Tính cấp thiết của đề tài

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

…

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

Hoàng Hải Hưng

Phần 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay thời đại khoa học kĩ thuật phát triển,các nhà máy sản xuất ôtô ngày càng nhiều,số lượng ôtô cũng tăng lên đáng kể vì vậy vấn đề chỗ để xe và việc trông coi trở lên quan trọng hơn Vì vậy mạch đếm xe ôtô ra vào sẽ giúp ta kiểm soát được số lượng ôtô trong gara

Ngày nay khi xã hội ngày càng tiến bộ ,con người ngày càng thông minh ,kỹ thuật ngày càng tiên tiến hơn ,thì nhu cầu đòi hỏi về những thiết bị ứng dụng thôngminh càng nhiều hơn Mục đích là để giải phóng sức lao động của con người , trải qua nhiều thế kỷ đã có rất nhiều công trình khoa học được đưa ra làm thay đổi lịch

sử phát triển của chúng ta,cho chúng ta có thể khắc chế được thiên nhiên ,chủ động trong hoạt động sống và sinh tồn Và bây giờ đã là thế kỷ 21 thế kỷ của khoa học kỹ thuật lên ngôi ,đặc biệt là trong thế giới của xe cộ

Đó là lý do vì sao chúng em chọn đề tài gara ôtô để làm đề tài nghiên cứu cho

đồ án lần này Sau đây là nội dung đồ án của chúng em

Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích chức năng của linh kiện, các IC

và áp dụng những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của giảng viên phụ trách để xây dụng nên một mạch chức năng “đếm xe ra vào trong gara ôtô” hoạt động tốt và đúng với yêu cầu của đề tài

Mô hình gara trong thực tế:

f

Hình 1: gara ôtô trong thực tế

Hoạt động:khi xe vào thì bộ đếm sẽ tăng lên,nhưng mỗi lần chỉ được 1 xe qua

bộ cảm biến và khi xe ra cũng vậy

4.Mô hình gara ôtô

Hình 2: mô hình gara ôtô

SƠ ĐỒ HIỂN THỊ LED 7 THANH:

Hình 3 : sơ đồ hiển thị LED 7 thanh

4 1:Diode phát quang (Led)

Hình 4: Cấu tạo bên trong của diode phát

quangTerminal pins:Chân LedTransparent plastic case:Vỏ bằng nhựa

• Khi một diode được phân cực thuận,các điện tử từ bán dẫn loại n sang lấpđầy lỗ trống trong bán dẫn loại p tạo ra dòng điện thuận Đối với diode bình

thường chế tạo từ Ge và Si thì sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tạo ra nănglượng dưới dạng nhiệt.

Diode phát quang (LED) là loại diode dùng các chất bán dẫn đặc biệt nhưGa,As Với các chất này sự tái hợp điện tử và lỗ trống sẽ tạo ra ánh sáng.Cụthể là khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nênkhi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lõ trống này có suhướng chuyển động khuếch tán sang khối n.Cùng lúc đó khối p lại nhận thêmcác điện tử(diện tích âm) từ khối n chuyển sang.Kết quả là khối p tích điện âm(thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp,một sốđiện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau,chúng có xu hướngkết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.Quá trình này có thể giảiphóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hay các bức xạ điện từ có bước sónggần đó

4.2: Photodiode

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường và có bước sóng 0,86uM-0,98uM, có vận tốc bằng vận tốc ánh sáng, có thể truyền đi được trong nhiều kênh tín hiệu, dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như sóng ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự… ) Ánh sáng

thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó lại trở nên xuyên suốt vì vật liệu bán dẫn trong suốt với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài và vì vậy nó được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp

Nguyên tắc thu phát hồng ngoại

Phần phát

Hình 5: sơ đồ hoạt động của phần phát

Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấn vào các nút chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng với dạng mã lệnh tín hiệu gồm các bit 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít

Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời giancủa mỗi bit

Khối chốt dữ liệu và khối song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa xẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng

hồ và mạch định thời gian nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi một bit mã lệnh

Khối điều chế và phát FM: Mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn nghĩa là tăng

cự ly phát

Khối thiết bị phát: Là một led hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit bằng 1 thì led phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit bằng 0

Phần thu

Hình 6: sơ đồ hoạt động của phần thu

Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu

hồng ngoại hay các linh kiện quang khác

Khối khuếch đại và tách sóng: trước tiên khuếch đại tín hiệu nhận rồi đưa

qua mạch tách sóng nhằn triệt tiêu sóng mang và tách dữ liệu cần thiết là mã lệnh

Khối chuyển đổi nối tiếp song song và khối giải mã: Mã lệnh được đưa vào

dạng chuyển đổi nối tiếp song song và đưa tiếp ra khối lệnh giải mã thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mạch điều khiển

Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phầnthu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ đảm bảo cho mạch tách sóng vàmạch chuyển đổi nối tiếp song song hoạt động chính xác

4.3:LED 7 thanh

Được dùng nhiều trong các mạch thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giảnLED 7 được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểudiễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F chả hạn.LED 7 thanh dùng để hiện số thì rất đẹp và dễ nhìn Tùy vào kích thước của số

và kí tự mà mỗi thanh được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn Các LED đơn

đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a g và có một dấu chấm dot( dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LEDđơn Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển

được và hiện thị số từ 0 đến 9 và các kí tự từ A đến F

Ở trên là hình dạng LED7 ngoài thực tế và trong mạch nguyên lý và cấu

Cấu tạo của LED chúng ta nhìn trên rất đơn giản chúng chỉ gồm các LED đơn được xếp lại với nhau thành hình như trên hình vẽ Các LED đơn này chỉ chung nhau Anot hoặc Katot và riêng nhau các chân con lại Anot hặc Katot Nhiệm vụ của chúng ta là cho sáng các LED đơn đó để cho nó thành số hay kí

tự đơn giản

Hiện nay LED 7 được sản xuất theo 2 kiểu là Anot chung và Katot chung

và được điều khiển làm việc tương tự như bơm dòng hay nuốt dòng của các LED đơn có trong LED7 (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dòng cho LED) Thông thường trong các mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử dụng loại Anot chung Phương pháp ghép nối là cấp dòng, đảo trạng thái thôngqua đệm và quét LED

Để ghép nối với LED7 có thể có nhiều cách, nhưng phải đảm bảo sao có thể điều khiển tắt mở riêng từng LED đơn trong đó để tạo ra các số và các ký tự mong muốn.Các ICs điều khiển đều khó khả năng sinh dòng kém tức là dòng đầu ra của các chân ICs nhỏ hơn khả năng nuốt dòng Do vậy, nếu ghép nối trực tiếp các net với các chân cổng IC thì loại Anode chung là thích hợp hơn

Hình 8: Bảng trạng thái LED 7 thanh

4.4.3.IC 74HC247

Là IC chuyển từ mã nhị phân sang các số được hiển thị trên Led 7 thanh

IC có ngõ ra tích cực mức thấp Để thực hiện chức năng giải mã BCD sang Led 7 thanh thì phải nối chân LT và RBO nên mức cao Để tắt số 0 ở Led 7 thanh hàng chục khi đếm chưa tới hàng chục thì IC giải mã hàng chục phải nối với chân RBO của IC này với chân RBI của IC giải mã hàng đơn vị

Sơ đồ chân

Bảng chuyển đổi mã của 74LS247

4.4.4 : Transistor

Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc một khóa điện tử Tranzitor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các tranzitor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động.Tranzitor cũng thường được kết hợp thành mạch tích hợp (IC),có thể tích hợp tới một tỷ tranzitor trên một diện tích nhỏ.

Một số tranzito

Cũng giống như điốt, tranzito được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán

dẫn điện dương ta được một PNP tranzito Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN tranzito.

Mỗi tranzito đều có ba cực:

Phần 2:THIẾT KẾ MẠCH

2.1.Thiết kế sơ đồ khối

1.Khối nguồn: Dùng IC LM317 tạo nguồn + 5V để cấp nguồn cho toàn

mạch

2.Khối cảm biến: Dùng photodiode thu và photodiode phát tạo tín hiệu cấp

vào khối đếm và giải mã

3.Khối đếm và giải mã: Thực hiện đếm dựa vào xung cấp từ khối thu phát

hồng ngoại, đếm ra mã BCD sau đó qua 74LS247 để giải mã ra hiển thị trên LED 7 thanh

4.Khối hiển thị:Hiển thị tín hiệu vừa giải mã lên LED 7 thanh.

2.2.Thiết kế mạch nguyên lý

2.2.1.Khối nguồn

Hình: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Nguồn cấp vào là điện áp xoay chiều,vì vậy ta phải lắp một cầu diode để chuyển điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều,ngoài ra,có thể thay cầu diode bằng 4 con diot thường Ta dùng tụ lọc để san phẳng điện áp sau chỉnh lưu,một tụ 1000µF sẽ được nối ngay sau cầu diode,kế tiếp là chân vào(chân số 1)của IC nguồn LM317 để cấp ra nguồn +05V ổn định,chân 1 của IC là chân vào nối từ đầu ra của mạch chỉnh lưu tới chân dương của tụ 4,7µF.Ngoài ra,ta

có thể nắp thêm 1 Led báo nguồn để nhận biết được sự hoạt động của mạch nguồn và một điện trở để hạn dòng cho Led là thực sự cần thiết

=12V, =30mA -> R=400 Ω Vậy ta chọn điện trở 330 Ω để hạn dòng cho Led là tương đối hợp lý

2.2.2.Khối cảm biến

Hình Sơ đồ nguyên lý khối thu phát hồng ngoại

2.2.3 Khối đếm và hiển thị

2.2.6 Nguyên lý hoạt động của toàn mạch

Nguyên lý làm việc:

Ở mạch cảm biến ta sử dụng 2 cặp thu phát hồng ngoại trong đó có 1 cặp cảm biến

xe vào, 1 cặp cảm biến xe ra.

Ta xét cặp thu phát cửa vào,khi chưa có xe vào,led phát hồng ngoại cặp thứ nhất sẽ phát thẳng tới mắt thu hồng ngoại của cặp đó Khi đó mắt thu và trở sẽ phân cực cho transistor dẫn,có tín hiệu mức cao vào cổng NOT Và tín hiệu đó qua cổng NOT

sẽ ở mức thấp,tín hiệu này đưa vào chân đếm tiến của IC 74ls190,và IC này sẽ không đếm.

Khi có oto và gara, led phát và led thu bị che lại, tạo điện trở rất lớn trên mắt thu, trasistor sẽ không được phân cực, khi đó đầu vào cổng NOT sẽ ở mức thấp Tín hiệu này qua cổng NOT sẽ thành mức cao và đưa vào chân5 của IC 74190 sẽ đếm tiến 1 đơn vị.

Tín hiệu sẽ tương tự với cặp thu phát ở cửa ra của gara, nhưng xung cấp vào chân đếm lùi của mạch đếm (chân số 4 của ic).

Do gara chỉ chứa được 30 xe,nên mạch chỉ đếm tới 30 và báo đầy Có nghĩa là hàng chục đếm tới 3 và khi đó đơn vị tới 0 thì báo đầy.

Ta dùng 3 cổng AND kết hợp để đếm tới 30 2 cổng AND đầu lấy tín hiệu vào từ chân 2,3 của ic2 74190, cổng AND lấy tín hiệu từ chân 3 ic1 74190.

Tín hiệu ra của 2 cổng AND này đưa vào đầu vào của cổng AND thứ 3,tín hiệu ra của cổng này sẽ đưa vào chân reset

3.THIẾT KẾ MẠCH IN

Hình : Khối nguồn

Hình : khối cảm biến.

Hình : khối đếm xe ra vào

Hình : khối đếm số xe trong gara ôtô.

Hướng phát triển của đề tài

Có thể tăng số lượng xe trong bãi đỗ tùy thuộc vào kích thước bãi đỗ xe Nếu

là 999 xe hay 9999 xe thì ta chỉ việc tăng thêm IC đếm, IC giải mã và LED 7 thanh Còn nếu là những con số khác sẽ phải cần thêm một vài cổng NAND tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể

PHẦN 3:KẾT LUẬN

Đề tài Thiết kế và chế tạo mô hình đếm xe của gara ô tô là một đề tài hay vàrất thực tiễn Được sự hướng dẫn và sự chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Hoàng HảiHưng và sự nỗ lực không ngừng của các thành viên trong nhóm cho đến naychúng em đã nghiên cứu và hoàn thành xong đồ án Nhìn chung mạch chạytương đối ổn định nhưng do dùng nhiều IC số nên đôi lức còn bị nhiễu Hiệnnay chúng em vẫn chưa khắc phục được triệt để vấn đề này Vì vậy chúng emrất mong nhận được sự góp ý chân thành từ phía các Thầy cô giáo để hoànthiện và phát triển đề tài lên mức cao hơn

Sau một thời gian làm đồ án tại khoa, chúng em đã học hỏi được rất nhiềukinh nghiệm và kiến thức, các Thầy cô giáo đã rất nhiệt tình chỉ bảo đặc biệt làthầy Hoàng Hải Hưng đã giúp nhóm em hoàn thành tốt đồ án này

Hưng Yên ngày tháng năm 2012Nhóm sinh viên thực hiện đồ án

Lê Bá Tuấn Đạt

Vũ Văn Đại